浅谈自力式温度调节阀热敏元件的设计

自力式温度调节阀是一种不需要外接能源，而由热敏元件吸收调节对象的能量并将之转换为机械能，按照一定的调节规律工作的自动温度控制器。由于其良好的感温性能，能在较低的感应滞后量条件下，按照设定的调节规律进行单向或多向工作，满足阀门单向调节及多向分流的工况，已在热电、核电、钢铁、石化等行业广泛的使用，可以替代温度控制中的电动、液压、气动和磁力调节阀门。
在自力式温度调节阀门中，一类是直接依靠热敏元件内感温材料的膨胀力驱动阀门开启，特点是结构简单，但是，调节阀关闭力受调节介质的压力影响较大，阀位随压力波动而有所波动，温度控制精度受到限制。另一类则是应用热敏元件控制一个指挥器，并由指挥器操作调节阀工作。此类自力式温度控制阀的工作动力不仅是热敏元件吸收的动能，还有调节介质的动能。热敏元件仅控制一个指挥器的输出信号，负载较小，元件使用寿命长，但对调节介质要求较高。在调节介质纯净的环境中，使用此类阀门可有效地提高控温精度。
自力式温度调节阀调节机构的核心组件为热敏元件和调节弹簧，在济南炼油厂，科研人员选用ti-ni系形状记忆合金作为热敏元件，并对调节弹簧进行了优化设计，开发了一种新型的温控调节阀门，目前已经应用在动力、催化、聚丙烯等车间，替代同类型的国外进口产品，达到*水平。下面我们来了解一下热敏元件的设计：
形状记忆合金具有感温和驱动两种功能，是一种性能优良的热敏材料。温度变化时，合金元件产生动作的来源是基于合金中发生的母相与马氏体之间的正、逆转变，这种转变是一种无扩散的切变过程，并且在转变时，两相始终保持共格关系，即热弹性马氏体。它具有单程和双程记忆效应。
目前发现具有记忆效应的合金已有数十种之多，可投入使用的主要是ni-ti及铜基合金两大类，其主要性能（1）见下表。
名称
ni-ti合金
cuzna1合金
密度（g/cm3）6.4~6.57.7~8.0
电阻（10-6ωcm，与温度有关）50~1109~11
抗拉强度（n/m2）800~1000400~700
延伸率，%40~5010~15
形状恢复率，%
单程6~84
双程41~2
恢复应力（n/m2）max300350
从上表可以看出，ni-ti合金性能明显优于cuz-na1合金，在温度控制阀中，热敏元件承受大载荷，故选用ni-ti合金作为感温材料。根据温度自力式调节阀的工况要求，热敏元件热滞后量小于1℃。


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